Die massive Zunahme des Anteils der Windenergie an der Stromerzeugung stellt die Frage nach den Auswirkungen der Integration großer Windstrommengen in das Stromversorgungssystem in Deutschland. Infolge der fluktuierenden und mit
Prognosefehlern behafteten Windstromeinspeisung (WSE) kann die installierte Windkapazität nicht konventionelle Kraftwerkskapazität ersetzen. Dennoch ist zu bedenken, dass jede kWh Windstrom, konventionell erzeugten Strom ersetzt und damit fossiler oder nuklearer Brennstoff eingespart wird. Doch ein nicht ständig verfügbares Windangebot und die teilweise starke Überlastung von Stromnetzen stehen den Schadstoffminderungen entgegen. Elektrizität lässt sich nur bedingt speichern. Es ist somit Aufgabe der Übertragungsnetzbetreiber ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Nachfrage herzustellen. Da Windenergie eine fluktuierende Energiequelle ist, muss sie durch Leistungsreserven ausgeglichen werden. Hier ist ein Neuer Markt, der Handel mit
Minutenreserven entstanden. Anfang 2005 erschien mit der Dena-Studie eine große
wissenschaftliche Untersuchung zum Thema „Energiewirtschaftliche Planung für die
Netzintegration von Windenergie in Deutschland an Land und Offshore bis zum Jahr
2020“ diese analysiert die Auswirkungen des Windenergieausbaus auf das
Elektrizitätssystem bezüglich der langfristigen energiewirtschaftlichen Planbarkeit und
behandelt unter anderem das Thema der Regel- und Reserveenergie zum Ausgleich der
Windenergie. In diesem Kapitel der Dena-Studie wird ein
mathematisch-statistisches Verfahren zur Bestimmung der insgesamt erforderlichen
Regel- und Reserveleistung beschrieben, welches auch Grundlage der Regelenergie-
Berechnungen dieser Studienarbeit ist.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Ziel der Arbeit
1.3 Aufbau der Arbeit
2 Ausgangssituation und Grundlagen
2.1 Der Strommarkt
2.2 Bilanzkreise
2.3 Regelenergie
2.3.1 Primärregelleistung
2.3.2 Sekundärregelleistung
2.3.3 Minutenreserven
2.3.4 Zusammenfassung
2.4 Integration von Windenergie in das deutsche Stromnetz
2.4.1 Windfluktuation
2.4.2 Windenergieprognoseverfahren
2.4.3 Probleme bei sehr hoher Windstromeinspeisung
2.5 Regelenergiemarkt
2.6 Last
2.6.1 Lastgang
2.6.2 Lastprognose
3 Regel- und Reserveenergie heute
3.1 Methodisches Vorgehen
3.2 Ungeplante, nicht disponible Kraftwerksausfälle
3.3 Lastprognosefehler
3.4 Windprognosefehler
3.5 Berechnung
3.6 Kosten der Regelenergievorhaltung
4 Regel- und Reserveenergie 2020
4.1 Szenariodefinitionen
4.2 Lastprognosefehler 2020
4.3 Windprognosefehler 2020
4.4 Szenarioberechnung für das Jahr 2020
4.5 Kosten der Regelenergievorhaltung
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Diese Studienarbeit untersucht die notwendige Vorhaltung von Regelenergie zum Ausgleich der fluktuierenden Windstromeinspeisung im deutschen Stromnetz. Das primäre Ziel ist es, den quantitativen Bedarf an Regelenergie für unterschiedliche Szenarien des Windenergieausbaus bis zum Jahr 2020 zu bestimmen und die daraus resultierenden Kosten zu bewerten.
- Grundlagen des deutschen Strommarktes und der Regelenergie
- Methodik zur Bestimmung von Regel- und Reserveleistung
- Analyse von Lastprognosefehlern und Windprognosefehlern
- Szenarioberechnungen für den Ausbau der Windenergie bis 2020
- Ökonomische Bewertung der Regelenergievorhaltung
Auszug aus dem Buch
2.3 Regelenergie
Regelenergie wird in der Stromversorgung benötigt, um im Zeitbereich bis zu einer Stunde nicht vorhersehbare Lastschwankungen und Kraftwerksausfälle auszugleichen. Damit die Energie sofort im erforderlichen Umfang geliefert werden kann, wird dazu Leistung in gut regelbaren Kraftwerken vorgehalten. An thermischen Kraftwerken sind zum Beispiel Kohlekraftwerke im Teillastbetrieb besonders gut geeignet für die Bereitstellung von Primär- und Sekundärreserven. Gaskraftwerke sind wegen ihrer kurzen Anfahrzeit und guten Leistungsänderungsverhalten relativ gut geeignet für die Bereitstellung von Minutenreserven. Diese Vorhaltung und bei Bedarf Abruf der Leistung, erzeugt entsprechende zusätzliche Kosten. Laut Bundesverband Windenergie e.V. verursachte die Windenergie 2003 bei einer installierten WEA-Leistung von rund 15.000 MW im Mittel rund 750 MW Extrabedarf an Regelenergie, also etwa fünf Prozent der installierten Leistung. Die DENA-Netzstudie berechnete einen Bedarf von 840 MW an zusätzlicher positiver Minutenreserve für das Jahr 2003 und geht davon aus, dass im Jahr 2015 im Mittel 3.240 MW an zusätzlicher Minutenreserve gedeckt werden müssen. Dies würde bedeuten, dass rund acht bis neun Prozent der installierten Windleistung als positive Minuten- und Stundenreserve vorgehalten werden müssen. Ansonsten liegen keine unabhängig ermittelten Zahlen zum Regelenergiebedarf der Windenergie vor.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung motiviert die Thematik durch den rasanten Ausbau der Windenergie und definiert die Zielsetzung, den Mehrbedarf an Regelenergie und dessen Kosten zu quantifizieren.
2 Ausgangssituation und Grundlagen: Das Kapitel erläutert den Strommarkt, das Konzept der Bilanzkreise, die Funktionsweise der Regelenergie sowie die spezifische Integration von Windenergie in das Netz.
3 Regel- und Reserveenergie heute: Hier wird das methodische Vorgehen zur Berechnung des Regelenergiebedarfs basierend auf Kraftwerksausfällen, Last- und Windprognosefehlern für den aktuellen Stand dargestellt.
4 Regel- und Reserveenergie 2020: In diesem Kapitel werden Szenarien für den Windenergieausbau und den Kraftwerkspark für das Jahr 2020 definiert und die Auswirkungen auf den Regelenergiebedarf sowie die Kosten berechnet.
5 Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen und diskutiert die ökonomische Relevanz der Regelenergievorhaltung sowie den Einfluss politischer Entscheidungen auf den Energiemix.
Schlüsselwörter
Regelenergie, Windenergie, Stromnetz, Lastprognose, Reserveleistung, Minutenreserve, Strommarkt, Bilanzkreis, Netzintegration, Kraftwerksausfall, Primärregelleistung, Sekundärregelleistung, Energiewirtschaft, Prognosefehler, Kostenanalyse
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit analysiert, wie viel zusätzliche Regelenergie im deutschen Stromnetz vorgehalten werden muss, um die schwankende Einspeisung aus Windkraftanlagen auszugleichen, und welche Kosten dadurch entstehen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind der Aufbau und die Funktionsweise des deutschen Regelenergiemarktes, die Integration der Windenergie, die mathematische Prognose von Leistungsfehlern sowie eine Szenarioanalyse für das Jahr 2020.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Bestimmung des spezifischen Regelenergiebedarfs, der durch den Ausbau der Windenergie induziert wird, sowie eine fundierte Schätzung der damit verbundenen Vorhaltekosten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit adaptiert ein mathematisch-statistisches Verfahren, das in der dena-Studie beschrieben wird. Dieses Modell nutzt Wahrscheinlichkeitsfunktionen für Kraftwerksausfälle, Last- und Windprognosefehler zur Berechnung des Gesamtbedarfs.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die Grundlagen des Strommarktes und der Regelenergie, die Methodik zur Bedarfsermittlung, die Berechnung der heutigen Kosten und die Prognose für verschiedene Szenarien im Jahr 2020.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Regelenergie, Windenergie, Stromnetz, Lastprognose, Reserveleistung, Minutenreserve, Strommarkt, Bilanzkreis, Netzintegration und Kostenanalyse.
Wie beeinflusst der Kernenergieausstieg den Bedarf an Regelenergie?
Die Arbeit zeigt, dass mit abnehmendem Kernenergieanteil am Energiemix die zusätzlich vorzuhaltende Regelenergie zum Ausgleich der Windenergie steigt, da Kernenergie und Windenergie sich hinsichtlich der Systemstabilität ergänzen.
Warum variieren die Kosten für Regelenergie so stark?
Die Kosten hängen maßgeblich vom Wochentag ab. Insbesondere positive Minutenreserven sind an Wochenenden deutlich günstiger als an Werktagen, was auf unterschiedliche Lastniveaus und Kraftwerkseinsätze zurückzuführen ist.
Was ist der Unterschied zwischen positiver und negativer Minutenreserve?
Positive Minutenreserve dient dazu, bei Leistungsdefiziten Energie ins Netz einzuspeisen (z.B. Hochfahren von Kraftwerken), während negative Minutenreserve genutzt wird, um bei Überschüssen Energie aus dem Netz zu nehmen (z.B. Drosselung).
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- Andreas Sauer (Author), 2008, Bestimmung der Regelenergie zum Ausgleich der Windenergie, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/120498
