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Systemintegration & Management Erneuerbarer Energien

Aktualisiert: 10. Juli 2021

1990 gab es ca. 800 Kraftwerke in Deutschland, 2020 gab es über 1.5 Millionen. Hinzu kommen weitere Millionen Verbraucher und Zentausende Energiespeicher. Das Zusammenspiel all dieser technischer Einheiten und die Integration neuer technischer Einheiten in ein sicheres Energiesystem ist die zentrale Aufgabe der Energiewende. Durch die Steuerung aller beteiligter technischer Einheiten muss garantiert werden, dass zu jedem Zeitpunkt das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch, Zwischenspeicherung und Export eingehalten ist. Mit dem weiteren Zubau von weiteren technischen Einheiten werden die Anforderungen an Systemintegration und Management stetig zunehmen.


 

Zusammenspiel – Fernsteuerbarkeit & Smart Meter

In der Vergangenheit waren nur Großkraftwerke fernsteuerbar, dies ändert sich allerdings seit einigen Jahren mit dem Voranschreiten der Energiewende und der Digitalisierung. Alle neu gebauten Erneuerbare Energieanlagen ab einer Mindestgröße haben die Pflicht zur Fernsteuerung. Dies ist eine Vorgabe aus dem EEG: Hierfür wird Hardware verbaut, die die Anlagen fernsteuerbar und fernauslesbar machen, wodurch sie markt- und netzdienlich betrieben werden können. Das heißt diese Anlagen können abgeregelt werden, wenn die Strompreise sehr niedrig sind oder wenn ein lokaler Netzengpass besteht. So wird im Falle eines Überangebots die Netzeinspeisung reduziert.


Für Kleinverbraucher und -erzeuger im Privatbereich kommt bald die Pflicht für die so genannten Smart-Meter, das sind intelligente digitale Stromzähler. Diese ermöglichen neue Geschäftsmodelle zur besseren Integration Erneuerbarer Energien. So können zum Beispiel zeitvariable Stromtarife angeboten werden, die niedrige Börsenstrompreise an Verbraucher weitergeben. Verbraucher:innen können hierauf ihren Stromverbrauch (z.B. der Wärmepumpe oder von Haushaltgeräten) abstimmen. Dadurch nimmt die Verzahnung zwischen Erzeugung und Verbrauch zu. Wichtig ist hier zu erwähnen, dass diese Smart Meter nicht per se fernsteuerbar und fernauslesbar sind, sondern nur, wenn das von den Verbraucher:innen akzeptiert ist, da das notwendige Modul freiwillig ist.


Management von Flexibilitäten

Flexibilitäten sind zunächst nichts anderes als verschiebbare Energieeinheiten: Bspw. eine Kilowattstunde, die von einem Zeitpunkt, an dem sie erzeugt oder benötigt wird, auf einen Zeitpunkt verschoben wird, an dem sie einen Vorteil bringt. Das kann die Speicherung von einer Einheit Solarenergie in einem Speicher sein, da zum Zeitpunkt der Erzeugung kein Bedarf besteht. Eine in die Zukunft verschobene Flexibilität muss irgendwann nachgeholt werden. Spätestens dann, wenn die Speicherfähigkeit zu Ende ist. Der Einsatz von Flexibilitäten kann der Sicherung der Netzstabilität dienen oder der wirtschaftlichen Optimierung eines Stromeinspeise- oder Strombezugsprofils.


Flexibilitäten können aber auch ökologische Kenngrößen wie die Verbesserung des CO2-Fußabdrucks eines Verbrauchers oder die Erhöhung des Anteils an Erneuerbarer Energien ermöglichen. Bei der Verschiebung zur Glättung von Lastspitzen oder zur Anpassung eines Verbrauchs an das energetische Dargebot spricht man von Demand Response. Das Management von Flexibilitäten wird immens zunehmen, da durch den Zubau von Erneuerbaren Energien Lastschwankungen im Stromnetz sehr viel stärker werden und der Verbrauch der Erzeugung in Zukunft folgen wird. Diese müssen ausgeglichen werden. Zudem ermöglichen preisgünstige Technologien und verlangen regulatorische Vorgaben die Einbindung neuer Flexibilitäten in das übergeordnete Management.


Virtuelle Kraftwerke

Virtuelle Kraftwerke sind der Zusammenschluss von Erzeugern, Speichern und Verbrauchern über Fernwirktechnik und Datenerfassung, um die angeschlossenen Anlagen nach Bedarf zu steuern. Jeder Erzeuger hat eine Fernsteuerbarkeitsbox vor Ort installiert und ist mittels einer Datenverbindung an eine zentrale Software angeschlossen, mit derer die momentane Erzeugung ausgelesen werden kann und die Anlage geregelt werden kann. Virtuelle Kraftwerke haben seit dem Start der Direktvermarktung von Erneuerbaren Energien immer nur eine Tendenz: die angebundenen technischen Einheiten werden immer kleiner und deren Anzahl immer größer.


Diese Entwicklung wird sich fortsetzen. Zudem werden vermehrt steuerbare Lasten in das Management mit eingebunden. Mit der Stromvermarktung über ein virtuelles Kraftwerk, geht auch die Pflicht einher Prognosen zu erstellen für die Erzeugung des angeschlossenen Portfolios. Diese Erzeugungsprognosen spielen eine zentrale Rolle für den Verkauf am Strommarkt und sind deshalb eine wesentliche Aufgabe eines virtuellen Kraftwerks. Netzbetreiber sollen künftig auf Basis solcher Prognosen ihre Netzberechnung durchführen, um Netzengpässen entgegenwirken zu können, sodass die Bedeutung der virtuellen Kraftwerke weiterhin zunimmt.


Netzausbau

Durch den Ausbau der Erneuerbaren Energien im Norden (insbesondere Offshore-Wind) und dem Rückbau konventioneller Kraftwerke im Süden (insbesondere Atomkraftwerke) werden neue Leitungskapazitäten notwendig, um die Energie in ganz Deutschland und in die Nachbarländer verteilen zu können. Die deutschen Stromnetze werden hierfür Stück für Stück erweitert und um überregionale Trassen ergänzt. So sollen die Kapazitäten ausreichen, um zusätzlichen Windstrom aus Offshore-Anlagen aufnehmen zu können und gleichzeitig die wegfallenden Kapazitäten durch den Nuklearausstieg im Süden kompensieren zu können.


Diese Projekte des Netzausbaus sind im Netzausbaugesetz definiert und befinden sich derzeit im Bau und sollen 2050 fertig gestellt sein. Wie auch der Ausbau der Erneuerbaren Erzeugungskapazitäten ist auch der Ausbau des Stromnetz also ein Projekt für die nächsten Jahrzehnte. Es scheiden sich die Geister inwieweit der Ausbau in diesem Maße notwendig und ob der Netzausbau in diesem Maße ausreichend ist.


Lokale Energiemarktplätze

Lokalen Erzeugern und Verbraucher wird mittels einer Plattformlösung die Möglichkeit gegeben Energie- und Flexibilitäten direkt und lokal zu handeln. Unter Einbeziehung der lokalen Netzbetreiber können Netzengpässe proaktiv minimiert werden. Aus solchen lokalen Energiemarktplätzen können Zellen – in sich autarke Subsysteme - entstehen, die Erneuerbaren Strom direkt vor Ort verbrauchen und an übergelagerte Netzebenen Systemdienstleistungen zur Verfügung stellen können. Lokale Energiemarktplätze werden derzeit in zahlreichen Forschungsvorhaben untersucht und Pilotvorhaben umgesetzt. Sie besitzen große Potenziale insbesondere im Hinblick auf lokale Wertschöpfung und Akzeptanzsteigerung für Erneuerbare Energien.


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