Ontwerp van distributienettarieven - Analyse van de economische efficiëntie van tariefstructuren en toekomstgerichte kostenmodellen

Een belangrijk kenmerk van de transitie naar een duurzaam energiesysteem is de opkomst van gedistribueerde energiebronnen, bijvoorbeeld zonnepanelen en thuisbatterijen. Residentiële verbruikers zijn niet langer passieve eindgebruikers met een inelastische vraag, maar kunnen ook elektriciteit opwekken en opslaan en zo actief deelnemen aan het elektriciteitssysteem. Deze verschuiving brengt nieuwe uitdagingen met zich mee voor het ontwerp van distributienettarieven. Traditionele volumetrische tarieven (in €/kWh) weerspiegelen de onderliggende kosten van het distributienet niet, die gedreven worden door de netcapaciteit, en leiden zo tot kruissubsidies, bijvoorbeeld tussen huishoudens met en zonder zonnepanelen. Bovendien bieden ze geen antwoord op de toenemende piekbelastingen, veroorzaakt door de elektrificatie van verwarming en transport, die kunnen leiden tot aanzienlijke netversterkingen.

Gedreven door deze uitdagingen, proberen beleidsmakers de economische efficiëntie van de nettarieven te verhogen. Dit vraagt om tariefstructuren met grotere aandelen vaste en op capaciteit gebaseerde (€/kW) componenten, tijdsafhankelijke tarieven en locatiespecifieke differentiëring. De economische efficiëntie kan ook verbeterd worden door de netkosten toe te wijzen aan de verschillende componenten van de tariefstructuur op basis van marginale kosten, ter vervanging van de traditionele kostentoewijzing gebaseerd op historische kosten.

De eerste hoofddoelstelling van dit proefschrift is het onderzoeken van de directe impact van verschillende tariefstructuren op de operationele en investeringsbeslissingen van actieve residentiële netgebruikers, evenals de indirecte impact op passieve netgebruikers en groothandelsmarkten, via hun interacties met actieve netgebruikers. Hiertoe worden evenwichtsmodellen ontwikkeld die beslissingsprocessen endogeen met elkaar kunnen verbinden, gebruikmakend van concepten uit de speltheorie. Het eerste evenwichtsmodel vertegenwoordigt een niet-coöperatief spel tussen netgebruikers die netkosten naar elkaar verschuiven, rekening houdend met kostendekking voor de distributienetbeheerder. Een gevalstudie illustreert dat verschillende vaste, volumetrische en op capaciteit gebaseerde tariefstructuren leiden tot variërende operationele strategieën voor een thuisbatterij, waardoor actieve netgebruikers kostenbesparingen kunnen realiseren ten koste van passieve netgebruikers.

Door bovenstaand model op te nemen in een evenwichtsmodel dat een groothandelsmarkt voorstelt, wordt ook de relatie tussen distributienettarieven en groothandelsmarkten endogeen voorgesteld. Het ontwikkelde model wordt gebruikt om te onderzoeken hoe verschillende tariefstructuren in het ene land de welvaart en investeringen in zonnepanelen en batterijen in een ander land kunnen beïnvloeden, via gekoppelde groothandelsmarkten. Een gevalstudie toont aan dat er zowel positieve als negatieve grensoverschrijdende effecten op welvaart en batterij-investeringen kunnen zijn. De onderliggende mechanismen, waarbij rekening wordt gehouden met zowel verzonken als variabele netwerkkosten, worden uitgebreid toegelicht. De resultaten bieden relevante inzichten voor de beleidsdiscussie over de mogelijke harmonisatie van tariefstructuren in Europa.

Het tweede hoofddoel van dit proefschrift is het onderzoeken van de kostentoewijzing op basis van marginale kosten, berekend op de lange termijn. Onder enkele strenge voorwaarden, kan aangetoond worden dat het efficiënt is om een tarief te implementeren dat netgebruikers de marginale kosten aanrekent van hun bijdrage tot de piekbelasting op het net (de systeempiek). In de praktijk is de marginale kost echter niet eenvoudig te berekenen, omdat netversterkingen ondeelbaar zijn, d.w.z. dat de netcapaciteit steeds met grote, discrete stappen wordt uitgebreid. Hierdoor zijn toekomstgerichte, technische kostenmodellen vereist om de marginale kosten te schatten, waarbij gebruik wordt gemaakt van modellen voor netwerkuitbreiding en prognoses van de piekvraag.

Rekening houdend met discrete netversterkingen en elastische vraagfuncties, wordt het optimale tarief, dat zich richt op de systeempiek, analytisch afgeleid. Het optimale tarief, hoewel het geïnterpreteerd kan worden als een marginale kost, blijkt afhankelijk te zijn van de kenmerken van het netwerk en de vraag. Dit toont aan dat voor optimale nettarieven informatie nodig is over de betalingsbereidheid voor de piekvraag. Dit is doorgaans niet bekend bij regulatoren en wordt dus niet meegenomen in de technische kostenmodellen.

Om meer inzicht te krijgen in de efficiëntie van technische kostenmodellen in de praktijk, wordt een welvaartsanalyse van de Long-Run Incremental Cost (LRIC) methodologie uitgevoerd. Deze methode wordt vergeleken met traditionele kostentoewijzing op basis van historische kosten en met een theoretische referentie. De resultaten laten zien dat LRIC altijd zorgt voor een toename van de welvaart in vergelijking met historische kostentoewijzing, maar dat de omvang van deze winst varieert met de toename van de vraag, de prijselasticiteit van de vraag en de kosten van netversterkingen. De onderliggende mechanismen van de welvaartswinst worden ook onderzocht, waaruit blijkt dat deze soms wordt gedreven door besparingen op netkosten en soms door een toename van het consumentensurplus.