Aufgrund des ansteigenden Anteils der erneuerbaren Energien am Netz stellt sich die Frage, welchen Beitrag die (für den deutschen Markt) relevanten dargebotsabhängigen Erzeugungstechnologien – Windenergieanlagen (WEA) und Photovoltaikanlagen (PVA) – zur Systemdienstleistungs(SDL)-Bereitstellung und somit zur Systemverantwortung übernehmen können. Mit diesem Hintergrund ist es notwendig zu klären, inwiefern das heutige Marktdesign, insbesondere im Hinblick auf Anforderung, Umfang und Art der SDL-Produkte, geeignet ist, damit auch PVA und WEA ihren Beitrag dazu leisten können.
In dieser Arbeit soll dazu insbesondere die technische und prozessuale (Präqualifikationen seitens der ÜNB) Eignung näher analysiert und gegebenenfalls Hürden im Marktdesign, die den Umfang einer möglichen Regelleistungsbereitstellung erschweren, aufgezeigt werden. Allerdings soll im Anschluss auch eine kurze Ausarbeitung wichtiger Kernaspekte hinsichtlich des wirtschaftlichen Anreizes für Anlagenbetreiber zur Teilnahme am Regelenergiemarkt erfolgen.
Das deutsche Energieversorgungssystem (EVS) befindet sich zurzeit in einem grundsätzlichen strukturellen Wandel. Unter dem Stichwort Energiewende wurde in den vergangenen Jahren die Ära der erneuerbaren Erzeugungstechnologien und somit die Abkehr von der fossilen und nuklearen Energieerzeugung eingeläutet. So sind im EEG §1 Absatz 2 konkrete Ausbauziele festgeschrieben. Bis zum Jahr 2020 strebt die Bundesregierung einen erneuerbaren Anteil von 25% an der Bruttostromerzeugung an und im Jahr 2050 soll dieser Anteil bis auf 80% ansteigen. Gleichzeitig ist eine Abnahme der konventionellen Kapazitäten in der Zukunft abzusehen. Der Ausstieg aus der nuklearen Energieerzeugung steht für 2022 endgültig fest und auch für die (Braun-) Kohle wird über ein Klimaschutzinstrument (sogenannter „Klimabeitrag“) nachgedacht, welches den fossilen Kohleausstieg indirekt beschleunigen könnte.
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
2. Einordnung von in das deutsche Energieversorgungssystem
2.1 Arten von Systemdienstleistungen
2.2 Der Regelenergiemarkt
3. Technische und Prozessuale Eignung im heutigen Marktdesign
3.1 Anforderungen der Netzbetreiber
3.2 Bereitstellungsmöglichkeiten
4. Auswertung der Ergebnisse
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das Potenzial und die Eignung von Windenergieanlagen (WEA) und Photovoltaikanlagen (PVA) zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen (SDL) im deutschen Strommarktsystem. Dabei steht die Forschungsfrage im Vordergrund, inwieweit das aktuelle Marktdesign und die damit verbundenen technischen sowie prozessualen Anforderungen eine Beteiligung dieser fluktuierenden Erzeugungstechnologien am Regelenergiemarkt zulassen.
- Grundlagen der Systemdienstleistungen und des deutschen Regelenergiemarktes
- Technische Möglichkeiten der Wirkleistungs- und Blindleistungsregelung durch WEA und PVA
- Analyse der Präqualifikationsanforderungen als Barrieren für einen Markteintritt
- Einfluss der Prognosegenauigkeit und Wetterabhängigkeit auf das Angebotspotenzial
- Wirtschaftliche Rahmenbedingungen und Opportunitätskosten bei der Vermarktung
Auszug aus dem Buch
3.2 Bereitstellungsmöglichkeiten
Im folgenden Sub-Kapitel soll die Frage beantwortet werden, welche potenziellen technischen Möglichkeiten für WEA und PVA existieren, um sich an der SDL-Bereitstellung zu beteiligen, unabhängig von restriktiven Bedingungen, wie PQA´s oder Ressourcenverfügbarkeit. Es soll erstmal nur das technische Potenzial der Anlagen beleuchtet werden. Dabei wird auf die Frequenz-, die Spannungshaltung und den Versorgungswiederaufbau eingegangen.
Beitrag zur Frequenzhaltung
Wie im vorangegangenen Kapitel erläutert, besteht für WEA und PVA in Deutschland keine Verpflichtung sich an der Frequenzhaltung durch Regelleistungsbereitstellung zu beteiligen. Ein möglicher Beitrag erfolgt demnach durch freiwillige Teilnahme am Regelenergiemarkt.
Für WEA gibt es verschiedene technische Maßnahmen, um sowohl positive als auch negative Regelleistung anzubieten. Hierzu ist eine Unterscheidung der beiden vorherrschenden Typen moderner WEA notwendig. Zum einen handelt es sich um eine WEA mit Synchrongenerator und Vollumrichter (SGU) sowie einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator (DAG). Der Läufer des Generators dreht sich bei einem Asynchrongenerator nicht synchron mit der Frequenz des Stromnetzes. Diese Frequenzdifferenz wird als Schlupf bezeichnet. Im Gegensatz dazu existiert bei einem Synchrongenerator kein Schlupf, da die Generator- und Netzfrequenz synchronisiert sind. Mit der gezielten Veränderung des Schlupfs kann die Generatorleistung angepasst werden. Je nach Bedarf kann folglich mehr oder weniger Leistung an das Stromnetz abgegeben werden. Theoretisch ist es also technisch möglich, dass WEA mit Asynchrongeneratoren diese Art der Regelung nutzen, um positive oder negative Regelleistung bereitzustellen. Allerdings kann die Änderung des Schlupfs zu einer Erhöhung der Generatorwärmeverluste führen und den Generator beschädigen. Daher ist es mehr als fraglich, ob diese Maßnahme zur Regelleistungsbereitstellung genutzt werden sollte (3 S. 48-49).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Darstellung des strukturellen Wandels im deutschen Energiesystem durch die Energiewende und Einführung in die Fragestellung zur SDL-Bereitstellung durch fluktuierende Erzeuger.
2. Einordnung von in das deutsche Energieversorgungssystem: Definition von Systemdienstleistungen und detaillierte Erläuterung der Funktionen und Mechanismen des deutschen Regelenergiemarktes.
3. Technische und Prozessuale Eignung im heutigen Marktdesign: Analyse der Anforderungen der Netzbetreiber sowie Untersuchung der technischen Fähigkeiten von WEA und PVA zur Frequenz- und Spannungshaltung.
4. Auswertung der Ergebnisse: Zusammenfassung der technischen Potenziale sowie kritische Würdigung der Markteintrittsbarrieren durch aktuelle Präqualifikationsanforderungen und ökonomische Aspekte.
Schlüsselwörter
Regelenergie, Systemdienstleistungen, Windenergieanlagen, Photovoltaikanlagen, Präqualifikation, Frequenzhaltung, Spannungshaltung, Marktdesign, Energiewende, Übertragungsnetzbetreiber, Wirkleistungsregelung, Blindleistungsbereitstellung, Prognosegenauigkeit, Sicherheitsniveau, Minutenreserve
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit primär?
Die Arbeit untersucht, ob und wie Windenergie- und Photovoltaikanlagen einen Beitrag zur Stabilität des deutschen Stromnetzes leisten können, indem sie Systemdienstleistungen (SDL) erbringen.
Welche zentralen Themenfelder werden in dem Dokument behandelt?
Zentrale Themen sind die Funktionsweise des Regelenergiemarktes, die technischen Möglichkeiten der Leistungsregelung bei erneuerbaren Energien und die regulatorischen Hürden für eine Teilnahme am Markt.
Was ist die primäre Forschungsfrage der Arbeit?
Die Arbeit geht der Frage nach, inwiefern das heutige deutsche Marktdesign, insbesondere im Hinblick auf regulatorische Anforderungen, eine technische und wirtschaftliche Einbindung von WEA und PVA in die SDL-Bereitstellung ermöglicht.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es handelt sich um eine analytische Arbeit, die auf einer fundierten Literaturrecherche und der Auswertung von Studien (wie der IWES-Studie) sowie regulatorischen Vorgaben (Transmissioncode 2007) basiert.
Welche Aspekte stehen im Hauptteil im Fokus?
Im Hauptteil wird zunächst die technische Eignung (Frequenz-, Spannungshaltung) analysiert, gefolgt von einer kritischen Untersuchung der Präqualifikationsanforderungen, die für Betreiber als hohe Markteintrittsbarrieren identifiziert werden.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit charakterisieren?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Regelleistung, Systemdienstleistungen, erneuerbare Energien, Präqualifikation und Marktdesign beschreiben.
Warum können PVA laut der Arbeit nachts keine Regelleistung erbringen?
Da PVA nachts keinen Strom produzieren und die Wechselrichter oft im Stand-by-Modus betrieben werden, um Verluste zu minimieren, ist eine Blindleistungsbereitstellung oder Regelleistungsangebotsfähigkeit nachts nicht gegeben.
Welche Rolle spielt die Prognosegenauigkeit für das Sicherheitsniveau?
Die Prognosegenauigkeit ist essenziell, da die ÜNB ein sehr hohes Sicherheitsniveau von 99,994% fordern. Da erneuerbare Energien wetterabhängig sind, sinkt das garantierbare Angebotspotenzial bei einer geforderten Vorlaufzeit von einer Woche drastisch.
Warum wird der Versorgungswiederaufbau durch WEA und PVA in der Arbeit verneint?
Die Arbeit stellt fest, dass Schwarzstartfähigkeit weder technisch dem Standard entspricht noch von Netzbetreibern aktuell gefordert wird, weshalb ein Beitrag in der frühen Phase eines Wiederaufbaus als unrealistisch eingestuft wird.
- Citar trabajo
- Jörg Weser (Autor), Anne-Luise Hübner (Autor), 2015, Der Beitrag erneuerbarer Technologien zur Energieerzeugung am deutschen Strommarkt. Eine kritische Auseinandersetzung mit Windenergie und Photovoltaik, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/314751
