In elektrischen Versorgungssystemen muss die Leistungserzeugung jederzeit dem Leistungsbedarf entsprechen. Daher wird ein entsprechend ausgerichteter Kraftwerkspark unterhalten, der es ermöglicht, auf Laständerungen der Verbraucherseite mit den notwendigen Leistungsänderungen auf der Erzeugerseite zu reagieren. Bei unerwarteten Schwankungen ist kurzfristig Regelenergie einsetzbar, um Abweichungen zu kompensieren.
Ebenso wie Laständerungen auf der Verbraucherseite stellt die fluktuierende Einspeisung aus erneuerbaren Energieträgern ins Stromnetz auf der Erzeugerseite ein Problem dar. Das schwankende Dargebot von Wind und Sonneneinstrahlung führt dazu, dass die zu erwartende elektrische Leistung, die aus diesen alternativen Energien erzeugt wird, im Voraus nicht genau bestimmt werden kann.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, das Potenzial des Lastmanagements als Ersatz für Regelenergiekraftwerke abzuschätzen. Lastmanagement wird bisher vor allem zur Verstetigung des Leistungsbedarfs innerhalb von Unternehmen oder Verteilungsnetzen verwendet. Zur Nutzung als Regelenergie sind zum Teil technische und organisatorische Veränderungen im Bereich der Stromversorgung notwendig. Vor allem gilt dies für Haushaltsgeräte, da dort zusätzliche technische Einbauten notwendig sind, die eine effiziente Beteiligung am Lastmanagement ermöglichen. Eine vollständige Umsetzung des Lastmanagements wird in diesen Fällen erst mit dem schrittweisen Austausch der Altgeräte möglich. Um dieser Entwicklung Rechnung zu tragen, erstreckt sich der Zeithorizont der vorliegenden Untersuchung auf die kommenden 15 Jahre.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Ziel und Methode der Arbeit
2 Lastmanagement als Regelenergie
2.1 Begriff und Abgrenzung
2.2 Die Funktion des Lastmanagements in Stromnetzen
2.3 Erzeugung
2.3.1 Konventionelle Kraftwerke
2.3.2 Kraft-Wärme-Kopplung
2.3.3 Erneuerbare Energieträger
2.4 Lasten
2.5 Regelenergie
2.5.1 Regelenergiekraftwerke
2.5.2 Energiespeicher
2.5.3 Steuerbare Lasten
2.6 Kommunikation
2.6.1 Die Tonfrequenz-Rundsteuerung
2.6.2 Die Funkrundsteuerung
2.6.3 Telefon- und Datenleitungen
2.6.4 Geeignete Kommunikationsmittel für das Lastmanagement
2.7 Virtuelle Kraftwerke
2.8 Zukünftige Entwicklung
2.9 Zusammenfassung
3 Bisherige Beispiele und Studien
3.1 Industrie und Dienstleistung
3.1.1 Das synchrone Lastmanagement der Stadtwerke Hannover
3.1.2 Das virtuelle Regelenergiekraftwerk der Saarenergie AG
3.1.3 Virtueller Großverbraucher der HAW Hamburg
3.1.4 Energiepark KonWerl
3.1.5 Die virtuellen Kraftwerke der Stadtwerke Schwäbisch Hall und der Stadtwerke Unna
3.1.6 EDISon
3.1.7 Dispower
3.1.8 Primärregelreserve durch das California Department of Water Resources
3.2 Haushalte
3.2.1 Erfahrungen der Berliner Studie „Zeitvariable lineare Stromtarife“
3.2.2 Erfahrungen der Eckernförder Studie „Kostenorientierte Strompreisbildung“
3.2.3 Warmwasserspeicher in der Schweiz
3.3 Auswertung der Beispiele
3.3.1 Eignung des Lastmanagement als Regelenergiereserve
3.3.2 Motivation für die Betreiber von Lastmanagement
3.3.3 Motivation für die Inhaber steuerbarer Lasten
3.3.4 Lastmanagement von Haushaltsgeräten
3.4 Zusammenfassung
4 Schätzung des Potenzials des Lastmanagements
4.1 Vorgehen
4.2 Kriterien zur Identifizierung abschaltbarer Lasten
4.2.1 Geringe Nutzeneinbußen
4.2.2 Effektivität der abschaltbaren Gruppen
4.2.3 Nebenbedingungen
4.2.4 Weitere Annahmen
4.3 Industrie und Dienstleistungen
4.3.1 Identifizierung steuerbarer Lasten
4.3.2 Schätzung des Potenzials
4.4 Haushalte
4.4.1 Identifizierung steuerbarer Haushaltsgeräte
4.4.2 Technische Umsetzbarkeit
4.4.3 Akzeptanz durch die Haushalte
4.4.4 Berechnung des Potenzials
4.4.5 Kosten- / Nutzenabschätzung
4.5 Bewertung der Ergebnisse
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, das Potenzial des Lastmanagements als Ersatz für klassische Regelenergiekraftwerke zu bewerten, um insbesondere den Herausforderungen durch die fluktuierende Einspeisung aus erneuerbaren Energieträgern zu begegnen.
- Grundlagen des Lastmanagements in modernen Stromnetzen
- Analyse praktischer Beispiele und Modellprojekte
- Identifikation und Bewertung steuerbarer Lasten in Industrie und Haushalten
- Technische und ökonomische Anforderungen an die Umsetzung
- Methodische Quantifizierung des Lastmanagement-Potenzials
Auszug aus dem Buch
2.3.2 Kraft-Wärme-Kopplung
Bei der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird neben der elektrischen Energie auch die Restwärme zum Heizen von Wohnungen und Industriprozessen genutzt. Deshalb sind die Anlagen zur Energieumwandlung kleiner als die zentralen Großkraftwerke und befinden sich in räumlicher Nähe der Lasten.32 Für den Fall, dass auch Kälte benötigt wird, kann bei der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) die Wärme in Sorptionskälteanlagen in Kälte gewandelt werden.33 In der KWK kommen vor allem Motoren, Gasturbinen und Brennstoffzellen zum Einsatz. Als Brennstoff bieten sich verschiedene Energieträger an:
„Erdgas, Heizöl, Kohle, Biogas, Pflanzenöl, Biodiesel, sonstige Biobrennstoffe wie Holz oder organische Siedlungsabfälle, aber auch Geothermie und sogar Solarenergie“.34 Der Anteil des dezentral in KWK-Anlagen erzeugten Stroms betrug zu Anfang des Jahres 2005 etwa 10 %.35 Bei Nutzung der Restwärme addiert sich der Gesamtwirkungsgrad dieser Anlagen auf Werte zwischen 80 % und 90 %.36
Die Integration von KWK-Anlagen in die bestehenden Versorgungsstrukturen ist problemlos, da ihre Leistungsänderungsgeschwindigkeit sehr groß ist und sie damit auf Lastschwankungen gut reagieren können. Bei einem großen Anteil an KWK-Anlagen innerhalb eines Netzes ist der Bedarf an Regelenergie deshalb gering und der Einsatz Lastmanagement deshalb wenig attraktiv.37
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik der instabilen Netzfrequenz durch schwankende Einspeisung erneuerbarer Energien ein und definiert das Ziel, das Potenzial von Lastmanagement zur Stabilisierung zu quantifizieren.
2 Lastmanagement als Regelenergie: Das Kapitel erläutert die technischen Grundlagen von Stromnetzen, die Rolle von Erzeugung und Last sowie die spezifischen Anforderungen an die verschiedenen Regelenergiearten.
3 Bisherige Beispiele und Studien: Hier werden diverse Praxisprojekte wie das synchrone Lastmanagement der Stadtwerke Hannover oder virtuelle Kraftwerke analysiert, um Erfahrungen für eine breitere Anwendung zu gewinnen.
4 Schätzung des Potenzials des Lastmanagements: In diesem Hauptteil wird das theoretische Potenzial für den Ersatz von Regelenergiekraftwerken durch Lastabwurf sowohl für die Industrie als auch für private Haushalte methodisch berechnet und bewertet.
5 Fazit: Die Arbeit schließt mit der Erkenntnis, dass ein erhebliches Potenzial für steuerbare Lasten existiert, wobei für eine breite Umsetzung vor allem technische Standards und ökonomische Anreize entscheidend sind.
Schlüsselwörter
Lastmanagement, Regelenergie, Virtuelles Kraftwerk, Stromnetz, Netzstabilität, Erneuerbare Energien, Minutenreserve, Lastprofil, Steuerbare Lasten, Energieeffizienz, Spitzenlastreduktion, Demand-Side-Management, Stromerzeugung, Dezentralisierung, Lastabwurf
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, inwieweit elektrische Lasten (z. B. industrielle Anlagen oder Haushaltsgeräte) gezielt so gesteuert werden können, dass sie klassische Reservekraftwerke ersetzen und zur Netzstabilität beitragen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Analyse?
Die Arbeit beleuchtet die technische Funktionsweise von Regelenergie, die Rolle virtueller Kraftwerke, die notwendigen Kommunikationsinfrastrukturen sowie die wirtschaftliche Motivation für Unternehmen und Privathaushalte.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Quantifizierung des Potenzials von Lastmanagement, um schwankende Einspeisungen aus erneuerbaren Quellen auszugleichen und damit den Bedarf an Reservekraftwerken zu reduzieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Potenzialschätzung verwendet?
Der Autor stützt sich auf eine Kombination aus bestehenden Studien, Feldversuchen (wie die der Stadtwerke Hannover) und statistischen Lastprofilen, um das technisch realisierbare Potenzial in verschiedenen Kundensegmenten hochzurechnen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische fundierte Grundlagenanalyse, die Vorstellung realer Anwendungsbeispiele sowie die mathematische Herleitung des Potenzials unter Berücksichtigung von Kundenakzeptanz und technischer Machbarkeit.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Untersuchung?
Die Arbeit befasst sich intensiv mit Begriffen wie Lastmanagement, Regelenergie, Netzstabilität, Dezentralisierung und der Integration erneuerbarer Energien in das Versorgungsnetz.
Welche Rolle spielen Haushaltsgeräte in der Potenzialschätzung?
Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen oder Kühlschränke bieten durch ihre schiere Masse ein signifikantes Potenzial, erfordern jedoch eine automatisierte Steuerung und ein hohes Maß an Akzeptanz durch die Bewohner, da sie teilweise in den persönlichen Tagesablauf eingreifen.
Welches Fazit zieht der Autor in Bezug auf die Zukunft?
Der Autor schlussfolgert, dass Lastmanagement zwar kein Allheilmittel gegen langfristige Unterkapazitäten ist, aber eine entscheidende Ergänzung zur Netzstabilität darstellt, insbesondere wenn dezentrale Netzstrukturen weiter an Bedeutung gewinnen.
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- Karsten Schubert (Author), 2005, Erneuerbare Energien: Lastmanagement statt Regelengergiekraftwerke?, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/74611
