Virtuelle Kraftwerke und dezentrale Energieversorgung


Seminararbeit, 2014

25 Seiten, Note: 1,0


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Dezentrale Energieversorgung
2.1 Liberalisierung des deutschen Strommarktes
2.2 Dezentrale Energieanlagen

3 Virtuelle Kraftwerke
3.1 Begriffsdefinition
3.2 Verknüpfung, Integration und Steuerung dezentraler Energieanlagen
3.2.1 Smart Grids
3.2.2 Ausgestaltung virtueller Kraftwerke

4 Betriebs- und Vermarktungskonzepte virtueller Kraftwerke
4.1 Betriebskonzepte
4.1.1 Peak Shaving
4.1.2 Regelleistung
4.1.3 Alternative zu bestehenden Großanlagen
4.2 Vermarktungskonzepte
4.2.1 Marktprämienmodell
4.2.2 Vermarktung von Regelenergie

5 Fazit

Literaturverzeichnis

Rechtsquellenverzeichnis

Internetquellen

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 : Smart Grids zur Steuerung eines virtuellen Kraftwerks

Abbildung 2: Peak Shaving - Konzept

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 : Anforderungs- und Risikoprofil des VK 1

Tabelle 2: Anforderungs- und Risikoprofil des VK 2

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Im Zuge neuer Rahmenbedingungen, die durch das Energiekonzept der Bundesre­gierung im September 2010 und das Energiepaket von Juni 2011 beschlossen wurden, steht Deutschland vor der Herausforderung, erneuerbare Energien (EE) im deutschen Strommarkt zu fördern und zu integrieren. Dieser Ausbau der erneuer­baren Energien soll dabei umweltschonend, bezahlbar, aber auch zuverlässig statt­finden. Die Integration erneuerbarer Energien bedarf demnach einer gewissen Planbarkeit, d.h. einer möglichst genauen Nachfrageprognose zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Stromangebotes, welches letztlich sehr hohe, aber auch ne­gative Preise ausschließen soll.

In Deutschland wächst stetig das Angebot an EE im Sinne von dezentralen Ener­gieanlagen, die in Verbindung mit lukrativen Vermarktungsmodellen wie z.B. dem Marktprämienmodell gefördert werden. Neue dezentrale Energieversorgung mit EE bedeutet zurzeit noch eine sehr ungenaue Planbarkeit und erhöht die Gefahr von einem zu stark schwankendem Energieangebot bis hin zu einem deutschlandwei­ten Blackout. Ein solches entsteht durch ein Ungleichgewicht von bereitgestellter und nachgefragter Energie. Um diese Schwankungen im deutschen Strommarkt zu vermeiden, aber gleichzeitig den Anteil EE weiter zu erhöhen, zu integrieren und zu sichern, könnte die Verknüpfung dezentraler Energieanlagen von beispielsweise Biomasse-, Wind-, Wasser- und Solarkraftwerken zu einem virtuellen Kraftwerk (VK) einen Lösungsansatz darstellen. Diese Verknüpfung dezentraler Energieanla­gen soll Synergieeffekte hervorheben, welche in Kombination durch genaue Prog­nosen des Strombedarfs, des Wetters und der Verfügbarkeit der Energieanlagen ermöglicht, ein gleichmäßiges Stromangebot anzubieten. So könnten verschiedene Konzepte, die bisher von konventionellen Anlagen verfolgt werden, in Zukunft von verknüpften dezentralen Energieanlagen in einem VK erfolgen, worunter beispiels­weise. die Regelleistung oder das Peak-Shaving fallen.

Zunächst gilt es jedoch herauszustellen, wie sich die Angebotsstruktur des deut­schen Strommarktes in den letzten Jahren entwickelt bzw. verändert hat und wel­che Arten von dezentralen Energieanlagen in Deutschland eingesetzt werden. Dar­aus entwickelt sich die Fragestellung, welche Möglichkeiten VK bieten, diverse de­zentrale Energieanlagen in einer zentralen Steuerung zusammenzuschließen und welche Betriebs- und Vermarktungskonzepte dadurch verfolgt werden können. EE stehen zurzeit auf dem Prüfstand und sollen in Zukunft als Ersatz bestehender Großanlagen fungieren. Inwieweit sich dieser Zusammenschluss von Energieanla­gen zu einem VK lohnt und ob diese sich gegen konventionelle Kraftwerke am Markt in Zukunft behaupten können, gilt es zu klären.

2 Dezentrale Energieversorgung

Der Zuwachs EE bedeutet gleichzeitig den Zuwachs von dezentralen Energieanla­gen. Wie es zu dem Wechsel von der zentralen zur dezentralen Energieversorgung gekommen ist und warum sich dafür gerade die EE qualifizieren, wird im folgenden Kapitel dargestellt.

2.1 Liberalisierung des deutschen Strommarktes

Noch bis Ende der 90er Jahre war der Strommarkt durch eine monopolistische, zentrale Struktur geprägt. Energieversorgungsunternehmen (EVU) konnten mit si­cheren Einnahmen rechnen und richteten ihren Fokus auf die Versorgungssicher­heit. Damit war eine stabile Stromversorgung gegeben, der Anspruch auf eine kos­tengünstige Stromproduktion sowie eine Weiterentwicklung der Energieanlagen, ging jedoch verloren.[1]

Durch die Binnenmarktrichtlinie für Elektrizität, die von der Europäischen Kommis­sion im Februar 1997 in Kraft getreten ist, konnte die Liberalisierung eingeleitet werden. Mithilfe des Gesetzes zur „Neuregelung des Energiewirtschaftsrechts“ wurde das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) novelliert.[2]

„Zweck des Gesetzes ist eine möglichst sichere, preisgünstige, verbraucherfreund­liche, effiziente und umweltverträgliche leistungsgebundene Versorgung der Allge­meinheit mit Elektrizität und Gas, die zunehmend auf erneuerbaren Energien be- ruht.“[3]

Man erkennt an diesen Zusammenhängen, dass die Liberalisierung des deutschen Strommarktes für mehr Wettbewerb und mehr EE spricht. Auf der anderen Seite sinkt derzeit die Versorgungssicherheit eben durch den Zuwachs an EE.

2.2 Dezentrale Energieanlagen

Der Anteil an dezentralen Energieanlagen gegenüber Großkraftwerken[4] nimmt in Deutschland weiter zu.

Gemeint sind mit dezentralen Energieanlagen insbesondere:[5]

- Windenergieanlagen
- Photovoltaikanlagen
- Biogas- oder Blockheizkraftwerke
- Kleinere Wasserkraftwerke
- Brennstoffzellen für Wasserstoff oder Erdgas

Für diese Entwicklung dezentraler Energieanlagen können zwei Gründe aufgeführt werden. Auf der einen Seite kommt es im Zuge der Liberalisierung zu einem stei­genden Bedarf an Versorgungssicherheit, wodurch viele kleinere Unternehmen, wie z.B. kleine Stadtwerke, als Wettbewerber im Markt gegenüber den großen Elektrizitäts-Versorgungs-Unternehmen (EVU) agieren werden. Diese werden sich hauptsächlich auf kleineren Märkten bewegen, also Nischenprodukte wie z.B. „Green Energy“ oder „Öko-Power“ anbieten, um gegen die großen EVU konkur­renzfähig zu bleiben. Diese und weitere Energiedienstleistungen wie das „Contrac­ting“ von Wärme und Strom, Entsorgungsdienstleistungen und die Schaffung voll­kommener Eigenversorgung können vor allem mithilfe von kleinen und flexiblen Energieanlagen umgesetzt werden. EE sind aufgrund der geringen Energiedichte nur dezentral, also vor Ort sinnvoll. Auf der anderen Seite drängt die Gesellschaft und Politik auf den Einsatz regenerativer Energieträger und möchte nicht nur auf­grund der schwindenden Akzeptanz von Großkraftwerken wie Kohle- oder Kern­kraftwerken, sondern auch aufgrund der derzeitigen Abhängigkeit fossiler Brenn­stoffe wie Kohle und Erdgas anderen Ländern gegenübertreten und den Einsatz von fossil erzeugter Energie reduzieren. Für diese Herausforderung, also die De­zentralisierung durch EE und den Wettbewerb gegen zentrale Energieanlagen, müssen die jeweiligen Vorteile der Erzeugungsanlagen genutzt und weitere innova­tive Technologien entwickelt werden.[6]

Die Liberalisierung des deutschen Strommarktes zeigt, dass die künftige Stromer­zeugung durch eine Vielfalt an dezentralen Energieanlagen erfolgen sollte, wodurch der Strombedarf an bestehenden Großkraftwerken sinkt.

Verstärkt wird diese Variation an vielen dezentralen Energieanlagen durch die ge­ringe Energiedichte. So müssen individuelle Lösungen für diese charakteristisch verschiedenen Anlagen geschaffen werden, indem die jetzigen Nutzungstechniken zur Bereitstellung von Energie die volle Leistung aus diesen ziehen.[7]

3 Virtuelle Kraftwerke

Nachdem in Kapitel 2 ein Überblick über die Liberalisierung des deutschen Strom­marktes und ein Grundverständnis über dezentrale Energieanlagen gegeben wur­de, wird in diesem Kapitel zunächst der Begriff des VK definiert. Es folgt in Kapitel 3.2 die Betrachtung, welche Möglichkeiten Smart Grids für die Verknüpfung, In­tegration und die Steuerung solch dezentraler Energieanlagen zu einem VK bieten. Durch den Aufbau eines VKs werden bestimmte Ziele verfolgt, die sich auf die Ausgestaltung und die Betriebsstrategie auswirken. Im letzten Punkt sollen daher verschiedene Möglichkeiten bzw. Typen von VK aufgezeigt werden.

3.1 Begriffsdefinition

Unter einem VK, auch Verbundkraftwerk genannt, wird die virtuelle Verknüpfung kleinerer, verteilter dezentraler Energieanlagen verstanden, die unter einer zentra­len Steuerung zu einem großen Kraftwerk, einem Verbund, zusammengeschaltet werden.[8]

Die Bezeichnung virtuell meint die zentralisierte Steuerung durch ein speziell ent­wickeltes IT-System zur Steuerung und Fernüberwachung der meist gemischten Erzeugungsarten. Ziel mit VK ist es, Synergieeffekte, also mögliche Vorteile aus den verschiedenen, meist bunt gemixten Energieanlagen wie z.B. Windkraftwerke, Solarkraftwerke, Wasserkraftwerke und Biomassekraftwerke zu gewinnen. Wenn beispielsweise mittags die Photovoltaik-Anlagen (PV) durch viel Sonnenenergie im System einspeisen können und kein Wind weht, kommt der benötigte Strom aus den PV-Anlagen.[9]

Durch Dezentralisierung sollen die örtlichen Stärken einzelner dezentraler Energie­anlagen genutzt werden, während gleichzeitig Stärken durch die Zentralisierung umgesetzt werden. Ein Smart Grid ist die Voraussetzung für eine solche Steuerung und Betreibung des Monitorings über die Lastwarte und wird im folgenden Unter­kapitel, bezogen auf die Vernetzung dezentraler Energieanlagen, beschrieben.

3.2 Verknüpfung, Integration und Steuerung dezentraler Energieanlagen

3.2.1 Smart Grids

Dezentralisierung erneuerbarer Energieanlagen im deutschen Strommarkt und dessen Zentralisierung in einem Verbundkraftwerk inklusive der anschließenden Vermarktung bedeuten hohen Kommunikationsaufwand im immer volatiler werden­den Strommarkt. So kommt es zu einem wachsenden Daten- und Informationsvo­lumen, welches die Basis für den Austausch der Marktakteure, Erzeuger und Ver­braucher untereinander darstellt. Ein Smart Grid, auch intelligentes Netzwerk ge­nannt, sammelt alle notwendigen Informationen durch die integrierte Informations­und Kommunikationstechnologie (IKT) und verbindet alle Akteure des Energiesys­tems durch ein Kommunikationsnetzwerk. So sind beispielsweise das Verbrauchs­und Einspeiseverhalten aller Nutzer und Erzeuger im Smart Grid integriert, die mit diesem in Verbindung stehen.[10]

In der folgenden Abbildung soll ein beispielhafter schematischer Aufbau eines VK in Verbindung mit einem Smart Grid grafisch dargestellt werden.

Abbildung 1 : Smart Grids zur Steuerung eines virtuellen Kraftwerks

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

*IKT = Integrierte Informations- und Kommunikationstechnologie

In Anlehnung an: Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (2012), S. 4 ff.

[...]


[1] Vgl. Brasche, U, (2008), S. 105.

[2] Vgl. Ridder, N. (2003), S. 23ff.

[3] EnWG, BGBI. I 2005, S. 1554, vom 26. Juli 2011, in Kraft getreten am 4. August 2011, Teil 1 - Allgemeine Vorschriften, § 1.

[4] „Unter Großkraftwerken werden vor allem große Kernkraftwerke, Kohlekraftwerke, Gaskraftwerke und Wasserkraftwerke verstanden.“

[5] Vgl. RP-Energie-Lexikon (2013), www.energie-lexikon.info.

[6] Vgl. Karl, J. (2006), S. 401-403.

[7] Vgl. Kaltschmitt, M., Streicher, W., Wiese, A. (2006), S. 11.

[8] Vgl. Kamper, A. (2010), S. 25-26.

[9] Vgl. PWC (2010), S. 13.

[10] Vgl. BDEW (2011), S. 3.

Ende der Leseprobe aus 25 Seiten

Details

Titel
Virtuelle Kraftwerke und dezentrale Energieversorgung
Hochschule
FOM Essen, Hochschule für Oekonomie & Management gemeinnützige GmbH, Hochschulleitung Essen früher Fachhochschule
Note
1,0
Autor
Jahr
2014
Seiten
25
Katalognummer
V310142
ISBN (eBook)
9783668091399
ISBN (Buch)
9783668091405
Dateigröße
609 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Virtuelle Kraftwerke, Smart Grids, Dezentrale Energieanlagen, Marktprämienmodell, Peak Shaving, Regelleistung, Liberalisierung des deutschen Strommarktes, Erneuerbare Energien
Arbeit zitieren
Simon Schweihoff (Autor), 2014, Virtuelle Kraftwerke und dezentrale Energieversorgung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/310142

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